熱量衡算示例#精選.

1、熱量衡算示例 。求車(chē)間生產(chǎn)能力為11萬(wàn)噸/年P(guān)2Q萃取磷酸（32%P5）過(guò)程的小時(shí)熱量平 衡（采用真空冷卻） 。小時(shí)消耗量為：磷精礦 36.7噸；100%2SQ33.5噸；真空蒸發(fā)器進(jìn)口循環(huán) 料漿1412噸，出口 1406噸；返回淡磷酸'145.2噸。抽出235噸/小時(shí)料漿去過(guò) 濾。萃取槽加入稀釋到56%冷卻到40°C的硫酸。淡磷酸含29.2%PQ,循環(huán)料漿的液相含32%P5。向萃取槽加入5000米3/小時(shí)空氣以便排出逸出的氣體。 周?chē)臻g的熱損失，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)約取支出熱量的1.8%。入萃取槽淡磷酸的溫度55C?？諝鉁囟?0C。排出氣體溫度40C。排出料漿溫度69C。（注意：

2、磷精礦的小時(shí)消耗量為實(shí)際耗量，即由物料衡算 100kg 磷礦生產(chǎn)的 P2Q5 量和 每年的P2Q5產(chǎn)量進(jìn)行折算；其理論耗量，是由Ca5F（PQ4） 3的理論P(yáng)O含量求得 Ca5F（PQ4）3的消耗量，再以任務(wù)書(shū)中所給的原料磷精礦中P2Q5含量換算成Ca5F（PQ4）3的含量，進(jìn)行原料磷精礦耗量的計(jì)算，理論耗量未考慮磷的損失和收率等） 。1 、 收入熱量：總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉（Q磷礦），硫酸（Q硫酸），淡磷酸（Q淡磷酸），以及反應(yīng)熱（Q反應(yīng)）和萃取槽中硫酸稀釋熱（Q 稀釋?zhuān)?。另外，還有空氣（Q空氣）和循環(huán)料漿（Q循環(huán)料漿）帶入的熱量。即：Q進(jìn)=0磷礦+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反應(yīng)

3、+Q稀釋+Q空氣+Q循環(huán)料漿（注意：因?yàn)椴捎谜婵绽鋮s時(shí)需要將反應(yīng)槽中的料漿泵入真空冷卻器，冷卻后再返回 反應(yīng)槽，所以只有采用真空冷卻時(shí)才需要考慮Q循環(huán)料漿）下面分別求每一項(xiàng)帶入的熱量：Q磷礦=36700X 0.783 X 17.6=505755（KJ） 505X 106J（0.783 磷精礦比熱，KJ/kg K;17.6 夏季月平均溫度，即車(chē)間熱負(fù)荷最大期間的溫度CQ硫酸=59800X 2.470 X 40=5908747（KJ）5908.7 X 106J（式中：2.470 40C 時(shí) 56%bSQ的比熱，KJ/kg K）HSQ的比熱可以查手冊(cè)。當(dāng)硫酸濃度Cs=81%-100 %，溫度t=20

4、-250 C范圍，硫酸溶液的平均熱容為（HSQ比熱數(shù)學(xué)模型）：2 2 2Ct=（B0+B1*Cs+B2*Cs2+B3*t+B 4*t 2+B5*Cs*t+B 6*Cs2*t）*4.19/t 式中系數(shù)： B0=-38.2471158,B 1=0.8799812,B 2=-0.0050389,B3=1.4884802,B 4=0.0002962,B 5=-0.0201982,B 6=0.0000868Q淡磷酸=145200X 3.036 X 55=24245496（KJ）24245.5 X 106J式中：3.03629.2%PQ磷酸溶液的比熱 KJ/kg K,可以查曲線(xiàn)或按以下經(jīng) 驗(yàn)公式 計(jì)算：C

5、=4.2324-0.02968 X 40.3=3.036（KJ/kg K），式中：40.3 為淡磷酸含HPQ重量%硫酸與磷精礦的反應(yīng)熱（磷精礦中的全部P2Q都按氟磷灰石計(jì)）：CaF（PQ） 3+5HSO+10HO=5CaSO 2HO+3fePQ+HF+q根據(jù)蓋斯定律q2=（5 X 2022.6+3 X 1278.2+269.6）-（6828.7+5 X 839.5+10 X286.4）=327（KJ/mol）上式中反應(yīng)物和生成物的生成熱（KJ/mol）:CaSQ2H2O（固體）:2022.6 ;HPO （溶液）：1278.2 ；C&F（PQ）3（固體）:6828.7;"SO

6、（溶液）：839.5;H2O （液體）：286.4 ；HF （氣體）:269.6由此可得：Q反應(yīng)21701627（KJ）36700 0.93 0.98 327 100050421701.6 X 106J式中：(即：磷精礦中P2Q的含量十0.93磷精礦中氟磷灰石含量，單位分?jǐn)?shù),3P2Q分子量X 2CaF(PO)3分子量)；0.98 氟磷灰石的分解率，單位分?jǐn)?shù)； 504氟磷灰石的分子量。萃取槽中H2SO稀釋熱按下式確定：Q稀釋=G硫酸 X qJ98= (33500X 20976.9)/98=7170675( KJ) 7170.7 X 106J上式中：G硫酸一無(wú)水硫酸的量；q2硫酸的比稀釋熱(KJ/

7、mol)，按下式確定:747727477旳q221 (KJ /kmol)n2 1.7983 n 1.7983式中n1和n2為硫酸進(jìn)入萃取槽稀釋前后溶液中 H2O/H2SO摩爾比。n 1=(44 X 98)/(18 X 56)=4.28為了確定n2,必須知道稀釋后萃取槽中硫酸的濃度 C2 (假定硫酸同其它的 液體組分混合以后，才同磷灰石反應(yīng))。此濃度可根據(jù)以1000公斤磷精礦為基準(zhǔn) 的物料衡算數(shù)據(jù)確定：C2100%4.5%9107153940.6(1 0.403)382344 0.75 (10.442)式中：910和715分別為無(wú)水硫酸量和56%2SQ帶入的水量（公斤）；3940.6 和3823

8、4.4分別為進(jìn)入萃取槽的淡磷酸量和循環(huán)料漿量（公斤）;0. 403和0.442分別為淡磷酸和循環(huán)料漿液相中 HPQ的濃度（單位分?jǐn)?shù)）；0.75 為循環(huán)料漿中液相含量（單位分?jǐn)?shù)）。從而得出：n2955 98 115.54184.5因而，q274776115.54115.541.798374776 4.28 =20976.9( KJ/Kmol)4.28 1.7983進(jìn)入萃取槽空氣帶入的熱量:Q空氣5000 1.004 1.29 205000 2333 18 0.8(1013232333 0.8) 22.42530=320275 （KJ） 320.3 X 106J（式中：1.004 空氣熱容，KJ/

9、kg K;1.29 0C和1.013 X 105Pa時(shí)的空氣密度，kg/m3;2333 20C空氣中飽和水蒸氣的分壓 Pa；0.8 空氣的相對(duì)濕度；2530 20 E時(shí)水蒸氣的焓，KJ/kg ）來(lái)自真空蒸發(fā)器去萃取槽的循環(huán)料漿帶入的熱量Q循環(huán)料漿'是總的收入熱量和支出熱量之差。所以，萃取槽的總收入熱量為：Q收入=505755+5908747+24245496+21701627+7170675+320275+循Qmm =59852575+Qs 環(huán)料漿2、支出熱量：帶走的熱量是下列熱量總和：送去過(guò)濾的料漿（Q料漿）；從萃取槽排出的氣體（Q氣體）；送真空蒸發(fā)器冷卻的循環(huán)料漿（Q'循環(huán)

10、料漿）和熱損 失（Q熱損）o下面分別求每一項(xiàng)帶出的熱量：69 r時(shí)，送去過(guò)濾的料漿帶走的熱量為：Q料漿=235000X C料漿 X 69式中:235000 料漿量，kg; 69溫度，CC料漿一一料漿比熱，KJ/kg K,其值按下式確定，C料漿=C« X液+C固 X固(C液和C固一一料漿中液相和固相的熱容，KJ/kg K;X液和X固一一料漿中液相和固相的質(zhì)量分?jǐn)?shù))當(dāng)不考慮雜質(zhì)時(shí)，料漿中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。則:48001600C料漿 (4.2324 0.02968 44.2)1.0722.4584(KJ/kg k)64006400(4.2324-0.02968 X 44.

11、2 ) 濃度為 32%PO5即 44.2%HPQ磷酸的比熱；4800/6400 液/固=3/1時(shí)料漿中磷酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；1600/6400 料漿中石膏的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；1.072 石膏熱容)。從而：Q料漿=23500X 2.4584 X 69=3986295.6(KJ)3986.3 X 106J40T時(shí)，從萃取槽排出氣體帶走的熱量，以空氣和水蒸氣計(jì)算(HF和SF4的熱量，由于其值很小，可忽略不計(jì))：Q氣體5000 1.004 1.29 405000 7373 18 0.8(101323 7373 0.8) 22.42568.66=896950 ( KJ) 897.0 X 10J去真空蒸發(fā)器的循環(huán)料漿帶

12、走的熱量為：Q'循環(huán)料漿=1412000X 2.4584 X 69=239517000(KJ) 239517X 106J (1412000 循環(huán)料漿量，kg； 2.4584 料漿熱容 KJ/kg K)。熱損失Q熱損，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)約為各項(xiàng)支出熱量的1.8%即6533.9 X 106J.則萃取槽總的支出熱量為：Q支出=(3986.3+897.0+239517+6533.9 )X 106=250934.2 X 106J從而可求得進(jìn)萃取槽循環(huán)料漿帶入的熱量為：Q循環(huán)料漿= (250934.2-59852.6 ) X 106=191081.6 X 106J3、萃取磷酸工段的小時(shí)熱平衡：收入10 6J/h支出10 6J/h磷精礦帶入：505.856%HSQ帶入：5908.7淡磷酸帶入：24245.5去過(guò)濾料漿帶出：3986.3排出廢氣帶出